[發(fā)明專利]一種級聯(lián)型分時段變階高多電平靜止變流器

無效

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• 申請日: 2011-08-23
• 公開（公告）號: CN102332839A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許煒;秦海鴻;葉學(xué)俊;馬婷;葉楠;葉軍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué);上海航聯(lián)電子科技有限公司
• 主分類號: H02M7/42
• 分類號: H02M7/42;H02M3/335;H02M7/5387
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種級聯(lián)型分時段變階高多電平靜止變流器，屬電力電子變換技術(shù)。

背景技術(shù)

近年來，級聯(lián)型多電平逆變器在各種將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的場合都受到了廣泛的關(guān)注。由若干個基本逆變單元通過串聯(lián)連接而形成的單相/三相逆變器，稱為級聯(lián)型逆變器。由于級聯(lián)型逆變器具有單個器件承受電壓應(yīng)力小，更容易實現(xiàn)高壓大容量；在相同開關(guān)頻率下輸出電壓、電流波形更接近正弦波，諧波含量低；不需要箝位二極管和箝位電容，結(jié)構(gòu)簡單、易于模塊化等優(yōu)勢，并且雖然整體等效開關(guān)頻率變高，但各個H橋單元開關(guān)頻率得以降低，克服了頻率過高會導(dǎo)致較大的開關(guān)損耗等問題，因而在以直流發(fā)電機、蓄電池、太陽能電池、燃料電池等作為直流電源的逆變場合，具有廣泛的應(yīng)用前景。

但是隨著對級聯(lián)型多電平逆變器的應(yīng)用以及研究越來越廣，對逆變器的輸出性能要求逐漸提高之外，體積和重量也成為級聯(lián)型逆變器必須考慮的一個重要問題。同時，級聯(lián)逆變器需要大量隔離直流電壓源、考慮均衡各單元利用率，以及在級聯(lián)單元數(shù)較多的情況下，各種PWM控制策略將十分復(fù)雜，控制也相對困難等問題也使級聯(lián)逆變器的應(yīng)用受到了制約。

因此，尋求一種既能降低無源器件的體積重量，又能解決增加級聯(lián)單元數(shù)所導(dǎo)致的獨立直流電壓源數(shù)目過多以及PWM控制策略邏輯復(fù)雜等問題，并且可模塊化設(shè)計的新型靜止變流器已迫在眉睫，這對于有效提高靜止變流器的變換效率、可靠性和降低成本也將具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

1、發(fā)明目的

本發(fā)明的目的在于提供一種既能克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷，又能保留傳統(tǒng)交錯并聯(lián)以及級聯(lián)多電平變換器的優(yōu)點，并且控制相對簡單的分時段變階高多電平的靜止變流器方案。

2、技術(shù)方案

為了達到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明的分時段多變電平靜止變流器包括前級四路交錯并聯(lián)DC-DC隔離變換器和后級四單元級聯(lián)逆變器。其中，前級DC-DC隔離變換器采用交錯并聯(lián)移相控制技術(shù)，降低了總輸入電流紋波脈動幅值，減小了前端濾波器的體積重量；四路相互獨立輸出的雙管正激型變換器，功率管電壓應(yīng)力低，可實現(xiàn)高頻變壓器隔離；后級四單元級聯(lián)逆變器由4個單相逆變功率電路以及輸出濾波器組成，其中，四單元級聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)，單元的電壓等級和串聯(lián)數(shù)量決定了變流器的輸出電壓，使得在相同輸出電壓情況下，各開關(guān)管電壓應(yīng)力降低，輸出電平數(shù)增加。

本發(fā)明的后級級聯(lián)逆變器采用電壓電流雙閉環(huán)載波移相SPWM控制技術(shù)，在整體等效開關(guān)頻率較高的情況下，各個H橋開關(guān)頻率得以降低從而減小開關(guān)損耗，提高效率；同時和主電路的模塊化結(jié)構(gòu)類似，其四路載波調(diào)制電路也容易實現(xiàn)模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣在某一路出現(xiàn)故障時，電路可通過短路或旁路的方式，實現(xiàn)一定的冗余能力。

本發(fā)明的新型分時段變階高多電平控制電路，其反饋后級逆變器輸出正弦電壓瞬時值u_o(t)，分時段改變前級四路DC-DC隔離變換器輸出電壓參考u_ref(x)，使得在不增加前級獨立電壓源數(shù)目的前提下，便可實現(xiàn)更多電平數(shù)的輸出，從而大大降低輸出濾波器的體積重量并改善輸出電壓電流波形，減少諧波含量。

3、有益效果

本發(fā)明的級聯(lián)型分時段變階高多電平靜止變流器是一種涉及航空和新能源應(yīng)用的多電平逆變器，其具有以下優(yōu)點：(1)級聯(lián)多電平的特點使得變換器輸出電壓諧波含量小，有助于減小濾波器體積，同時可以降低PWM調(diào)制部分的開關(guān)頻率，降低開關(guān)損耗，提高頻率；(2)開關(guān)管電壓應(yīng)力低，適合于高壓大功率場合；(3)反饋逆變器輸出正弦電壓瞬時值，分時段控制前級DC-DC隔離變換器實現(xiàn)可變電壓輸出，使得在不增加前端獨立直流電源數(shù)目的前提下，便可輸出更多電平數(shù)，從而進一步減小濾波器體積，降低諧波含量，并在相同輸出特性要求下，可降低開關(guān)頻率，減少開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)效率；(4)四路載波調(diào)制控制電路與主電路結(jié)構(gòu)均易于實現(xiàn)模塊化設(shè)計。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的主電路結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明的前級交錯并聯(lián)式雙管正激隔離變換器1的電路拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的后級逆變器模塊1的電路拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的前級雙管正激隔離變換器1輸出電壓閉環(huán)控制示意圖。

圖5是本發(fā)明的分時段變階高多電平閉環(huán)反饋控制框圖。

圖6為本發(fā)明的后級為兩單元級聯(lián)逆變器電路拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為應(yīng)用本發(fā)明分時段變階高多電平技術(shù)控制兩單元實現(xiàn)七電平工作示意圖。